汽车后桥壳的CAE分析研究

发布日期:[08-12-30 14:35:02] 浏览人次:[]

为了适应激烈的市场竞争,满足用户需求,企业需要开发出高品质、低价位的新产品。为此,CAE技术在汽车产品开发过程中越来越多地得到开发人员的应用。针对某型车的引进吸收开发过程中,其海南路试发现后桥存在的局部强度不足的情况,用ANSYS有限元分析系统对其后桥壳进行了计算分析比较,并优化该产品的设计。
随着汽车对安全、节能、环保的不断重视,汽车车后桥作为整车的一个关键部件,其产品的质量对整车的安全使用及整车性能的影响是非常大的,因而对汽车车后桥进行有效的优化设计计算是非常必要的。本文介绍了有限元方法对某型车后桥壳的分析研究,建立了车后桥壳的有限元计算模型,并进行了多方案的模型计算分析比较,指出了其结构不足,提出了改进建议,为进一步优化设计提供了重要理论依据。
建立后桥壳的有限元模型
根据该车后桥结构特点,传统的车桥有限元简化分析一般将重点集中于桥壳分析,该桥壳是钢板焊接式,由两根主桥壳对焊,中段两侧焊有四块三角形板,中间两端与桥后盖及主减速器壳连接固定。一般其强度问题点发生的部位如图1。


图1 焊接桥壳常见的高应力响应部位

本桥壳的G、H点即是平衡杆座板焊接位的应力集中问题, E点处在中间相对水平缓的过度部位,该处往往开大伞齿轮安装切槽或法篮螺孔,应力响应也较高,A、B点的高应力响应对应最大侧向载荷工作情况发生。

载荷与约束
  
首先对后桥所受载荷进行分析,本分析考虑了两种工作载荷:一种桥负荷,分别作用在板簧支座与桥壳联接位;另一种载荷为平衡杆在车身发生倾斜等情况时产生的抗力。


图2 平衡杆模型与抗力 图3 车身不发生倾斜时桥壳应力响应分布

计算结果分析

通过FEM对平衡杆模型有无作用力计算比较,得出:平衡杆支反力对桥壳体的影响主要体现在桥壳弯矩的加大。


图4 平衡杆角度为零时桥壳最大应力响应图5 桥壳敏感部位局部的计算结果

分析表明,桥壳的高应力响应点在平衡杆加强板和桥壳焊接结缝,该点非常接近桥壳对焊焊缝与琵琶段阔涨段的三角接板对焊位。从桥壳敏感部位局部的计算结果中,可见该段基本上是弯曲工作状态。焊点位存在较大的连接力,在桥壳焊缝同一部位的高应力响应。

平衡杆支座对桥壳作用分析

根据桥壳有限元初步计算结果分析,验证了桥壳问题产生在D F G 位,应力响应相当高。分析发现了平衡杆支座板焊接部位有高应力响应等情况,判断分析疲劳源有可能先发生在G点。排除加大桥管根本性改进,这样分析工作重点放在平衡杆支座板和焊接部位结构分析和改进上。


图6 支座板与桥壳间焊接点相互传递的作用力图7 平衡杆支座高应力响应分布

改进方案

综合上述分析对支座板结构进行优化设计,去掉原设计中向外沿伸的“耳字形”托板,将支座板两端中部剪为内凹入形,以减少焊缝端点的应力集中,如图8所示。

结论

通过对车后桥壳的改进,可以达到不增加桥壳应力响应的条件下,有效的压低焊缝应力响应,如前期实验的疲劳源的确发生在焊缝上,属于平衡杆支架焊接方面的问题,改进方向是尽可能弱化平衡杆支座刚度,降低对桥壳的附加约束并减小焊缝应力响应。

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